王益通WANG Yi-tong；汪向明WANG Xiang-ming

（①中交一航局生態(tài)工程有限公司，深圳 518000；②首創(chuàng)經(jīng)中（天津）投資有限公司基礎(chǔ)設(shè)施投資分公司，天津 300000）

0 引言

市政工程中有幾個(gè)工程專業(yè)在施工中非常常見，主要是基礎(chǔ)工程、水工結(jié)構(gòu)、深層排水開挖、土地復(fù)墾或填埋場(chǎng)控制系統(tǒng)。垂直護(hù)欄的施工主要是基于防滲墻單相或兩相技術(shù)，使用膨潤(rùn)土和水泥混合物作為填充材料。本文考慮了兩個(gè)案例研究，其中垂直膨潤(rùn)土屏障用于防止城市垃圾填埋場(chǎng)對(duì)土壤水環(huán)境造成進(jìn)一步污染?，F(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)救工程包括額外的解決方案，如滲濾液收集排水、溝渠修復(fù)，以及填埋場(chǎng)的主體工程和填埋場(chǎng)邊坡的生物工程。以兩個(gè)修復(fù)后的垃圾填埋場(chǎng)為例，證明了適當(dāng)?shù)牡鼗鶙l件調(diào)查和全面的土方工程設(shè)計(jì)是有效改善土壤水環(huán)境質(zhì)量的關(guān)鍵。介紹和分析了截流式排水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作條件。根據(jù)測(cè)壓記錄、實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，研究了擬建工程方法對(duì)環(huán)境條件的影響，提供了污染水平和污染物遷移方向的信息。根據(jù)地下水監(jiān)測(cè)結(jié)果，繪制了幾幅地下水位變化圖。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，自現(xiàn)場(chǎng)安裝土壤和地下水保護(hù)系統(tǒng)僅幾年后，幾乎每個(gè)測(cè)壓計(jì)的水質(zhì)都有所改善。該系統(tǒng)的有效性結(jié)果通過對(duì)地下水樣本的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)得到證實(shí)，其中有機(jī)物、硝酸鹽和重金屬濃度等指標(biāo)隨時(shí)間顯著降低。它展示了土木工程和環(huán)境工程結(jié)合的截流式排水系統(tǒng)如何在市政過程中發(fā)揮重要作用。

1 截流式排水系統(tǒng)

截流式排水系統(tǒng)，是指原始的簡(jiǎn)單排水系統(tǒng)常使水體受到嚴(yán)重的污染，因而設(shè)置截流管渠，把各小系統(tǒng)排放口處的污水匯集到污水廠進(jìn)行處理，形成的排水系統(tǒng)。在區(qū)干管與截流管渠相交處的窖井稱溢流井，上游來水量大于截流管的排水量時(shí)，在井中溢入排放管，流向水體。這樣，晴天時(shí)污水（常稱旱流污水）全部得到處理。截流管的排水量大于早流污水量，差額與早流污水量之比稱截留倍數(shù)（或截流倍數(shù)）其值將影響水體的污染程度。設(shè)計(jì)采用的值理論上取決于水體的自凈能力，實(shí)踐上常受制于經(jīng)濟(jì)條件。

截流式排水系統(tǒng)不影響分流改造，且相比全面的分流改造具有工期短、見效快、適用性強(qiáng)等特點(diǎn)，多數(shù)城市進(jìn)行截流系統(tǒng)建設(shè)后城市內(nèi)河水質(zhì)得到顯著改善。并且截流式排水系統(tǒng)不容易出現(xiàn)污水處理廠進(jìn)水污染物濃度下降、雨天污水溢流污染河道等問題。2019 年印發(fā)的《城鎮(zhèn)污水處理提質(zhì)增效三年行動(dòng)方案（2019-2021 年）》提出，要全面提升城市生活污水收集處理能力和水平，城市污水廠進(jìn)水BOD，低于100mg/L 的，要圍繞服務(wù)片區(qū)管網(wǎng)制定“一廠一策”系統(tǒng)化整治方案，明確整治目標(biāo)和措施。污水處理廠進(jìn)水污染物濃度下降、雨天污水溢流污染河道，會(huì)嚴(yán)重影響污水處理廠的處理效能和污水收集水平。因此，針對(duì)現(xiàn)有排水系統(tǒng)容易衍生的問題需要進(jìn)一步地對(duì)排水系統(tǒng)進(jìn)行改造和優(yōu)化。以垃圾填埋場(chǎng)為例，闡述了現(xiàn)有排水系統(tǒng)面臨的問題，介紹了系統(tǒng)性的完善措施和建議，為截流式排水系統(tǒng)在市政工程中的實(shí)際運(yùn)用工作提供參考。

2 材料和方法

如今的垃圾填埋場(chǎng)主要的處理方式之一是隔離墻，用于創(chuàng)建污染場(chǎng)地的控制系統(tǒng)。如今，垂直護(hù)欄的建造通常采用基于深基礎(chǔ)和地面加固技術(shù)的技術(shù)。蜂窩截止線的基本思想是通過在一定縱向距離處使用帶有連接十字墻的屏幕進(jìn)行隔離。它保護(hù)周圍環(huán)境不受污染物遷移的影響，并顯著降低土壤和地下水的污染水平。

適當(dāng)施工技術(shù)的選擇過程取決于地面的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、所用材料的耐久性和耐化學(xué)性，還必須考慮現(xiàn)場(chǎng)重型機(jī)械入口的能力和經(jīng)濟(jì)因素。污染物的遷移取決于地質(zhì)條件，這可能有利于水及其攜帶的物質(zhì)的運(yùn)輸（滲透層厚度大，水力梯度高），也可能完全停止運(yùn)輸，使其遠(yuǎn)離填埋場(chǎng)（不滲透層，低梯度）。

通過改變從附近區(qū)域到滲濾液排水系統(tǒng)的流向，可以確保對(duì)污染遷移的額外保護(hù)。它還將保護(hù)防滲墻填充材料免受滲濾液造成的降解。在修復(fù)設(shè)計(jì)框架中，通常會(huì)在填埋場(chǎng)周圍修建周邊排水溝。此外，在護(hù)道底部，還可以安裝排截流式排水系統(tǒng)，將滲濾液輸送至周邊排水系統(tǒng)。這類系統(tǒng)成功地安裝在兩個(gè)城市垃圾填埋場(chǎng)，其污染水平大大超過了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

2.1 研究地點(diǎn)說明

本研究對(duì)兩個(gè)案例進(jìn)行了調(diào)查和分析。這兩個(gè)都是位于我國(guó)中部的舊城市垃圾填埋場(chǎng)。第一個(gè)垃圾填埋場(chǎng)，1962 年初至1991 年，它被用作處理華北城市垃圾的地方。自1992 年以來，只有來自堆肥廠的垃圾被存放在填埋場(chǎng)，自2012 年以來，只有來自機(jī)械和生物處理裝置的垃圾被存放在那里。實(shí)際上，它覆蓋了約16 公頃的區(qū)域，海拔約60 米。必須強(qiáng)調(diào)的是，最初填埋場(chǎng)沒有引入環(huán)境污染保護(hù)系統(tǒng)。自1994 年以來，已在填土上修建了與穩(wěn)定性加固方案、邊坡工程和種植、粘土礦物覆蓋、排水系統(tǒng)安裝、再循環(huán)系統(tǒng)和膨潤(rùn)土防滲墻有關(guān)的補(bǔ)救工程。從環(huán)境保護(hù)的角度來看，填埋場(chǎng)的位置至關(guān)重要。它周圍環(huán)繞著國(guó)家公園和住宅開發(fā)等寶貴的綠地。

第二個(gè)案例研究涉及盧布納垃圾填埋場(chǎng)。與第一個(gè)垃圾填埋場(chǎng)一樣，該填埋場(chǎng)也是一個(gè)路堤式結(jié)構(gòu)，占地16.2公頃，高度超過地面60m。

1978 年，城市生活垃圾填埋場(chǎng)最初是用于一個(gè)區(qū)域儲(chǔ)存城市垃圾，該地區(qū)域并沒有對(duì)儲(chǔ)存其他垃圾進(jìn)行準(zhǔn)備。在最初的30 年里，該市所有的城市垃圾都被填埋處理。然而，1992 年后，只有商業(yè)壓艙物和技術(shù)廢物被儲(chǔ)存在那里。自1996 年以來，在填埋場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行了保護(hù)和修復(fù)工程。根據(jù)建設(shè)項(xiàng)目實(shí)施了改造工程。根據(jù)對(duì)填埋場(chǎng)內(nèi)物理和化學(xué)過程的觀察，同時(shí)對(duì)其進(jìn)行了驗(yàn)證和更新。

由于兩個(gè)垃圾填埋場(chǎng)都產(chǎn)生了嚴(yán)重污染，必須立即采取行動(dòng)防止污染擴(kuò)散。為此，解決方案主要包括：填埋體邊界上的膨潤(rùn)土防滲墻施工、截流式排水系統(tǒng)、脫氣系統(tǒng)、溝渠修復(fù)、填埋體工程和填埋邊坡生物工程。圖1 顯示了兩個(gè)垃圾填埋場(chǎng)截流式排水系統(tǒng)的工程細(xì)節(jié)。

圖1 截流式排水系統(tǒng)

2.2 研究中使用的現(xiàn)場(chǎng)污染評(píng)估方法

為了評(píng)估填埋場(chǎng)底土的環(huán)境條件，進(jìn)行了兩組測(cè)試：現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和實(shí)驗(yàn)室測(cè)試。第一組測(cè)試包括鉆孔、壓力計(jì)安裝和巖土工程測(cè)試。主要是針對(duì)水文地質(zhì)土壤剖面的調(diào)查。此外，還進(jìn)行了地球物理測(cè)試，以調(diào)查潛在污染區(qū)。整套測(cè)試允許在地質(zhì)剖面上識(shí)別污染土壤區(qū)域。

從實(shí)際角度來看，污染現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查通常基于地質(zhì)和巖土技術(shù)。這些方法允許對(duì)土壤和水進(jìn)行取樣，以進(jìn)行分析測(cè)試，并允許直接測(cè)量研究現(xiàn)場(chǎng)的污染水平。然而，這種方法會(huì)使取樣產(chǎn)生偏差，因?yàn)椴牧贤ǔＪ菑奶囟ǖ你@孔或測(cè)壓管中就地采集的。對(duì)于填埋場(chǎng)底土中受污染土層的空間評(píng)估，應(yīng)采用直接法，并通過使用地球物理調(diào)查（如電阻率法或其他類似技術(shù)）進(jìn)行擴(kuò)展。此外，該方法允許：①獲取垃圾填埋場(chǎng)底土的巖性，②確定地下水位深度，③確定污染區(qū)分布和污染物遷移方向，以及④評(píng)估垃圾填埋場(chǎng)上處置的垃圾厚度。電阻率法在過去50 年中是用途最大的方式。

實(shí)際上，土壤的電阻率是使用四電極結(jié)構(gòu)測(cè)量的。在這種方法中，使用兩個(gè)電極（A 和B）向土壤提供電流，產(chǎn)生電場(chǎng)，而M 和N 電極測(cè)量其電位。土壤的電阻率可以根據(jù)電場(chǎng)電位和電流之間的已知差異以及電極之間的距離來確定。這些測(cè)試是在工程完成后進(jìn)行的。

2.3 研究中使用的實(shí)驗(yàn)室污染評(píng)估方法

為了對(duì)地下水和地表水進(jìn)行質(zhì)量評(píng)估，自90 年代初以來，這兩個(gè)垃圾填埋場(chǎng)一直保持著一套監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。從安裝在兩個(gè)填埋場(chǎng)的測(cè)壓管網(wǎng)絡(luò)中連續(xù)采集地下水樣本。通過當(dāng)?shù)赜^測(cè)，可以記錄在填海工程期間以及之后的地下水質(zhì)量變化。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還用于評(píng)估所有側(cè)重于污染場(chǎng)地修復(fù)的工程活動(dòng)的效率和質(zhì)量。由于一些測(cè)壓計(jì)自1993 年至今一直提供記錄，導(dǎo)致在垂直屏障施工過程中受損，其中一些必須更換為現(xiàn)場(chǎng)安裝的新儀器。最終的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由12 個(gè)以上的壓力計(jì)組成。

使用浸入式泵從地表以下0.25-0.75m 深處的測(cè)壓管中采集地下水樣本。地下水監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)由若干壓力計(jì)組成，這些壓力計(jì)的位置取決于地下水流向。監(jiān)測(cè)區(qū)域覆蓋填埋場(chǎng)底土的充排水，以及這兩個(gè)區(qū)域之間最近的附近區(qū)域。

針對(duì)15 個(gè)選定的污染指標(biāo)，對(duì)地表和地下水樣本進(jìn)行了質(zhì)量測(cè)試。它們是：PTE（銅、鋅、鉛、鎘、鉻、汞）、電解電導(dǎo)率、總有機(jī)碳（TOC）、多環(huán)芳烴（PAH）、化學(xué)需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）、氯化物和硫酸鹽。樣品的物理化學(xué)分析與測(cè)壓計(jì)和水井中的地下水位變化以及淹沒時(shí)通過調(diào)查溝渠的水流的測(cè)量同時(shí)進(jìn)行。

為了避免在樣品的物理和化學(xué)分析過程中出現(xiàn)任何誤讀，我們非常小心地收集了所有樣品，以消除潛在的誤差。如果由于采樣和樣品運(yùn)輸方法不當(dāng)，將會(huì)導(dǎo)致30%的讀數(shù)存在偏差。截至2004 年，采用的抽樣程序是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中建議的程序。從那時(shí)起，程序已根據(jù)ISO 56673 和ISO 5667-11 進(jìn)行了更改。

取樣前，仔細(xì)地將每個(gè)測(cè)壓管中的頂部水抽出。泵送時(shí)間的計(jì)算基于每個(gè)壓力計(jì)中的水量和泵的效率。為了確保取樣的適當(dāng)性，每次泵送時(shí)都會(huì)同時(shí)測(cè)量pH 值、溫度和電導(dǎo)率。樣本被收集到煙霧玻璃瓶中，然后被運(yùn)送到認(rèn)證實(shí)驗(yàn)室。根據(jù)從監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)獲得的數(shù)據(jù)，在建造垂直路障之前和之后，可以比較地下水污染濃度方面的水質(zhì)。填埋場(chǎng)內(nèi)的地下水質(zhì)量評(píng)估基于收集樣本中測(cè)量的濃度與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的水平的比較。

3 結(jié)果和討論

在兩個(gè)填埋場(chǎng)安裝的測(cè)壓管網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)μ盥駡?chǎng)附近的水質(zhì)進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂坪凸烙?jì)。地下水的化學(xué)分析從1997 年開始進(jìn)行。水質(zhì)結(jié)果分析表明（圖2），垂直屏障和截流式排水系統(tǒng)的引入對(duì)第一層地下水的基本參數(shù)產(chǎn)生了積極的影響。對(duì)于選定的測(cè)壓計(jì)，用于評(píng)估水質(zhì)的最重要參數(shù)讀數(shù)。

圖2 雨后水質(zhì)變化情況

根據(jù)項(xiàng)目開展的技術(shù)工程，包括垂直膨潤(rùn)土屏障和截流式排水系統(tǒng)，以從填埋場(chǎng)分離乙酰乙酸，有助于顯著改善填埋場(chǎng)附近的地下水質(zhì)量。圖3 顯示了改造工程的影響，尤其是改造工程前后截流式排水系統(tǒng)對(duì)含水層中地下水質(zhì)量的影響。很明顯，每個(gè)指標(biāo)的濃度都顯著下降。在這兩種情況下，對(duì)于垃圾填埋場(chǎng)而言，在截流式排水系統(tǒng)施工前后，對(duì)從測(cè)壓管采集的地下水樣本進(jìn)行化學(xué)分析的結(jié)果都進(jìn)行了質(zhì)量改進(jìn)。

圖3 污水處理廠2010 年-2018 年的進(jìn)水水質(zhì)、水量變化情況

為了展示污染物如何擴(kuò)散以及運(yùn)輸路徑隨時(shí)間的變化，創(chuàng)建了空間分布圖（針對(duì)選定的污染物）。圖3 顯示了污水處理廠2010 年-2018 年的進(jìn)水水質(zhì)、水量變化情況。

結(jié)果基于90 年代安裝的測(cè)壓計(jì)的“現(xiàn)場(chǎng)”測(cè)量結(jié)果。通過比較監(jiān)測(cè)得到的氯化物分布圖，可以觀察到浮油運(yùn)動(dòng)、污染區(qū)限制和氯化物濃度最大值降低的類比。污染會(huì)顯著影響流出方向的水質(zhì)。在截流式排水系統(tǒng)運(yùn)行5 年后，最大濃度從7A 號(hào)測(cè)壓計(jì)的區(qū)域移動(dòng)到11A 號(hào)測(cè)壓計(jì)的區(qū)域。在7A 號(hào)測(cè)壓計(jì)中，靠近完成垂直屏障的區(qū)域，觀察到污染物顯著減少。污染濃度降低最顯著的是：電導(dǎo)率、BOD5、CODcr、氨氮和氯化物。

從2017 年開始，減少氨氮污染是非常明顯的。銨態(tài)氮的時(shí)間分布圖清楚地顯示，在安裝截流式排水系統(tǒng)之前，所有儀器的讀數(shù)給出的污染范圍為3 至589mgNHa*/L。例外情況是位于進(jìn)水區(qū)的30 號(hào)和31 號(hào)測(cè)壓計(jì)。這基本上證實(shí)了填埋場(chǎng)的危險(xiǎn)環(huán)境影響。截流式排水系統(tǒng)施工15 年后，僅在位于填埋場(chǎng)西側(cè)地下水排放區(qū)的測(cè)壓計(jì)（1A、2A、3、4 號(hào)測(cè)壓計(jì)）中記錄到氨氮濃度升高。然而，該位置的初始讀數(shù)給出了最高的污染水平。填埋場(chǎng)附近氨氮的減少速度緩慢，但在時(shí)間上持續(xù)進(jìn)行。NH 濃度：在過去10 年中，壓力計(jì)下降了10 倍之多。

4 結(jié)束語

保護(hù)地下水不受垃圾填埋場(chǎng)滲濾液的影響，主要通過防滲墻和截流式排水系統(tǒng)組成的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。在控制系統(tǒng)實(shí)施后，這兩種情況下的地下水質(zhì)量都有了顯著改善。此外，觀察到地下水中的污染濃度顯著降低。同時(shí)，垂直屏障關(guān)閉后，主要污染濃度向地下水流方向移動(dòng)。此外，來自第二層的截流式排水系統(tǒng)有效地隔離了來自表面的影響，從而避免了來自填埋區(qū)的影響。本文介紹了截流式排水系統(tǒng)施工現(xiàn)場(chǎng)效果的評(píng)價(jià)，提出了一套基于適當(dāng)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的特定活動(dòng)，可顯著改善受污染現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境條件。在當(dāng)?shù)厮|(zhì)監(jiān)測(cè)的框架內(nèi)，觀察了截流式排水系統(tǒng)對(duì)填埋場(chǎng)周圍地下水流動(dòng)的影響。為了最終評(píng)估垂直屏障和排水效率，需要進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)觀察。本文中給出的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果清楚地表明了這種應(yīng)用的有效性及其在保護(hù)土壤-水環(huán)境免受污染物遷移方面的關(guān)鍵作用，實(shí)現(xiàn)了截流式排水系統(tǒng)在市政工程中的實(shí)踐應(yīng)用。